平行多裂隙模型中换热单元体对EGS釆热的影响

增强型地热系统(EGS)是开发深层高温地热能的有效途径.本文在垂直单裂隙模型(SVFM)的基础上构建了平行多裂隙模型(MPFM),验证了其可靠性及优越性,创新地提出了换热单元体(HTU)的概念,将对整体热储层的研究集中于采热基本单元上,并利用此模型对EGS采热过程中裂隙流体及热储层温度场的演化进行模拟.基于介质分类,将采热的影响因素分为流体和岩体.本文针对岩体热储层分别设计多组案例,分析了岩体HTU尺寸及储层初始温度对釆热的影响.结果表明,HTU的厚度与流体产出温度呈负相关,但与热储层的热采率呈正效应;HTU的长度与采出温度和热储寿命呈正相关;热储层的初始温度也与流体采出温度呈正相关,对热储寿命影响不大.因此,热储层激发越充分,对流换热越充分,采热效率越高.注采策略应与热储层的激发情况相配合,才能取得较好的热开采效果.     

井筒布置及裂隙分布特征对增强型地热系统采热性能的影响

增强型地热系统(EGS)是干热岩储层良好的渗流和传热通道,EGS由注入井、含裂隙储层、采出井所组成,因此井筒布置和裂隙分布特征将直接影响到流体的流动路径,进而影响着流体的流动和传热过程.本文旨在同时考虑井筒布置与裂隙分布特征对系统采热性能的影响,建立三维井筒与热储热流耦合数值模型,分析井网布置与井间距参数变化;以及裂隙条数、裂隙迹长等裂隙分布特征变化对系统采热的影响,并以4项采热评价指标来评估地热潜能.研究结果表明：(1)注入井井数的增加会提高生产质量流率,但却不会使热突破明显提前,使得热开采速率大大提高,对系统采热有利;(2)井间距的增大可以延长系统寿命,提高开采中后期生产质量流率以及热开采速率,有利于热能提取;(3)裂隙条数的增加会导致裂隙储层连通性增强,从而导致采出温度下降更快,生产质量流率提高更大,热开采速率也明显提高,进而缩短系统寿命,且储层热提取率增大,对地层开采程度会提高;（4）裂隙平均迹长越长,采出温度越高,生产质量流率也越大,越有利于实现商业化开采,同时系统热开采速率也越大,且不会降低系统寿命,储层热提取率随平均迹长增大而减小,说明储层被开采程度较低,裂隙的贡献更大．     

基于平行多裂隙模型美国沙漠峰地热田EGS开发数值模拟研究

基于美国沙漠峰地热田地质背景,构建引入围岩的平行多裂隙概念模型对采热过程进行数值模拟研究,结果表明此模型开采沙漠峰热储层是可行的.当系统的循环流量为100kg/s,换热单元体厚度为40 m时,热开采前20年产出温度为210℃,电功率为7.6 MW,50年内产出温度仅下降6.2%,产出温度和产能均符合EGS商业开发的要求.热储激发程度与产出温度、热储寿命呈正相关,并对下伏层围岩热开采呈正效应.裂隙宽度对产出温度影响不大.流量与产出温度及热储寿命呈负相关.     

高温地热开采热流固耦合模型及综合评价方法

干热岩(HDR)是一种绿色低碳、可循环利用的可再生能源,是地热开发研究热点.目前针对地热产能模拟的研究存在热流固(THM)耦合模型考虑因素不全,地热开发效果评价目标单一且缺少定量评价的问题.基于离散裂缝模型,建立了地热开发的热流固耦合模型,采用COMSOL实现了THM模型求解,依据多个地热开发评价指标进行模糊综合评价.首先借助两个THM耦合案例,验证了模型的可靠性及准确性.随后通过层次分析法计算出各项地热开发评价指标的权重,并结合模糊综合评判,对给出的EGS案例进行模拟计算和综合评价.结果表明:压裂裂缝连通注入井和采出井时,热突破时间短,采出温度下降快;水平布井比垂直布井的采出温度下降更快.依据模糊综合评价分析,水平井开采地热要整体优于垂直井开采地热,一注两采开采地热要优于一注一采,垂直井开采地热时,水力压裂裂缝建议不连通注采井.     

贵德盆地深部地热资源地球物理评价

为了评价贵德盆地深部地热资源远景,使用V8仪器进行了地面大地电磁法和可控源音频大地电磁法工作,首次对贵德盆地深部电性特征和深部地热资源进行评价.查明贵德盆地基底埋深3600 m～4900 m.推断盆地第三系上新统贵德组（上部地层）是浅部热储层,其厚度为370 m;其埋深为530 m.老第三纪渐新统（上部地层）是中部热储层,其厚度为640 m～800 m,其埋深为1810 m～2330 m.侏罗纪、白垩纪地层是深部热储层,其厚度为970 m~1600 m;其埋深为3680 m～4990 m.提出浅部热储层属于盆地型层状热储;中深部热储层属于断裂型带状热储.推断出二条大断裂破碎带.     

基于THMD耦合的干热岩径向井压裂裂缝扩展

构建大规模裂缝网络是干热岩有效开发的关键.借助径向井在诱导裂缝转向与多缝形成方面的优势，提出采用径向井压裂干热岩储层.基于温度-渗流-应力-损伤(THMD)耦合模型，考虑压裂过程中低温诱导热应力作用，首先探讨了干热岩径向井压裂裂缝扩展机理及径向井诱导作用下热应力与注入压力对应力场的扰动机制，随后分析了储层温度、径向井方位角对裂缝形态的影响规律.结果表明：采用径向井压裂干热岩在径向井的辅助冷却作用下低温诱导热应力加剧，径向井的存在有利于储层拉应力提升，干热岩径向井压裂与直井压裂相比损伤单元数增幅51.63%.基岩温度升高径向井引导裂缝偏转能力增强.径向井方位角增加有利于压裂损伤区域缝网沟通，降低流体流动阻抗.     

利用热-孔隙流体耦合有限元数值模拟研究干热岩开发温度下降过程——以青海共和盆地恰卜恰地区干热岩开发为例

水力压裂是干热岩(HDR)开发最常用到的压裂方式，水力压裂形成的裂缝网络为增强地热系统的运行(EGS)提供了高渗透率的人工储层.本文在系统总结前人关于共和盆地水力压裂实验、数值模拟资料和现场水力压裂监测结果的基础上，引入了离散裂缝网络(DFN),利用多物理场模拟软件COMSOL Multiphysics建立了共和盆地恰卜恰地区干热岩开采过程中的二维裂缝-基质热-孔隙流体耦合模型，并讨论了裂缝开度和基质渗透率对干热岩开采温度下降过程的影响.结果表明，裂缝网络是流体运移的主要通道.温度下降和早期压力变化范围沿着裂缝延伸，并向周围被裂缝分割的基质扩展.裂缝开度和基质渗透率是影响干热岩地热开采过程中温度下降的重要因素.当裂缝开度越大时，流体运移范围就越大，储层温度和产出水温下降就越快，储层下降范围就越广，热突破时间和运行寿命就越短.当基质渗透率越大时，越有利于流体进入基质进行热量交换，越容易从干热岩中提取热量，产出水温下降越快，运行寿命越短.     

裂隙展布特征对EGS采热影响的理论数值模拟研究

增强型地热系统(EGS)储层的裂隙展布特征决定了热开采的效果.基于EGS储层压裂得到的裂隙网络呈现出较强的非均匀性,本文构建EGS平行多裂隙非均匀展布模型研究裂隙展布特征对EGS采热影响.为表征裂隙展布的非均匀性,创新地引入了优势流动比的概念.研究结果表明:在体积为500 m×600 m×600 m,初始温度200℃,均匀激发热储层7条裂隙展布,流量为30 kg/s时,储层产出温度可保持储层初始温度15年,并在热开采进行50年后仍能保持较高产出温度192.3℃,电功率为2.88～3.10 MW,电功率的降幅仅为7.1%.非均匀激发热储层的采热性能受到裂隙数量和裂隙展布特征的共同影响.产出温度与裂隙数量呈不严格的正相关性,并与优势裂隙比呈负相关性.非均匀压裂的热储层中,通过封堵优势裂隙或增强储层压裂使裂隙宽度均匀化,均可增强系统的采热性能.综合来看,裂隙数目越多,裂隙宽度分布越均匀,流体产出温度越高,采热效果越好.本文对EGS地热田的储层激发,和人工热储层的构建有一定的指导意义.     

稠油热采时移地震监测研究与应用

我国具有丰富的稠油资源,但国内外针对陆相薄互层稠油油藏热采动态的时移地震监测研究还很少.通过分析火烧油层对储层的影响,结合已有的岩石物理测量结果,建立了薄互层油藏火烧油层模型,开展了地震正演模拟研究,并给出了应用实例.结果表明,稠油热采(注蒸汽、火烧油层、注热水)会引起储层岩石和孔隙流体弹性特性的显著改变,从而导致明显的地震属性差异;时移地震可以用来划分油层中高温区范围,跟踪高温前缘等.在陆相薄互层稠油田热采开发中,利用时移地震来监测油田开发的全过程是可行的.     

重构反演在断陷盆地致密储层预测的应用——以海拉尔盆地贝中油田为例

为了最大限度提高断陷盆地致密砂砾岩储层预测精度,从5个方面详细阐述了地震重构反演关键技术流程——测井曲线预处理、地震合成记录制作、基于频率补偿曲线重构技术、基于模型地震反演和随机地震反演方法,以贝中油田南二段为例,完成致密砂砾岩储层预测研究.研究表明,该重构反演方法分辨率和预测精度显著提高,该方法达到了致密砂砾岩储层预测的要求.并在重构反演在油田实际应用主要体现以下两点:(1)指导沉积微相划分.采用井点定相、反演切片组形的思路,综合录井、测井岩电等资料,完成南二段主力小层沉积微相的绘制;(2)有效指导高效水平井位部署.为了降低钻井失利风险,提高砂岩钻遇率,最大限度优化井网,综合构造和储层预测结果,采用探评井转注优化方式,实行"四注一采"井网方式,在区内部署了阶梯式水平井X2-P1.并通过数值模拟方法,当注采井井距300 m,且采用压裂求产方法时,预测至含水98%时,该井初期最高日产17.9 m~3,累产油6.59×10~4 m~3,采出程度22.13%.为此,提出的重构反演方法可以作为致密砂砾岩刻画的有效技术手段,这对后续断陷盆地致密砂砾岩储层含油潜力挖潜提供了有利技术支撑.     

用历届吸水剖面和压降资料确定储层大孔道的方法

油田由于长期注水开发,储层的渗透能力明显增强,个别储层已形成了大孔道.识别、治理大孔道是油田进入高含水开发阶段主要工作之一.利用压降法分别计算注水井各个时期的储层渗透率,分析其变化趋势,结合历届关井初期地层压降速度和幅度可以判断注水井大孔道.当储层有效渗透率明显增大,关井初期前5 min内降落幅度是全井降落幅度50%以上,且压力导数双对数曲线中期出现凹型时,注水井存在大孔道.对于存在大孔道的注水井,同位素曲线和流量曲线皆显示的主要吸水层就是大孔道层位;同位素曲线显示不吸水,而流量曲线和井温曲线皆显示的主要吸水层也是大孔道层位,需要对这些层位采取调剖措施.该方法为油田下一步措施、实现储层精细注水提供了依据.     

地热地球物理勘探现状与展望

地热能作为一种绿色、可持续再生的可替代清洁能源,因其分布范围广,资源储量巨大的特点受到全世界的广泛关注.开发地热能在调整能源结构、缓解能源资源压力、促进消费转型升级和推进生态文明建设方面具有重大现实及战略意义.经过几十年勘探与开发,浅层高温地热能几乎已经勘查完毕.目前,地热能勘探受储层埋深大、温度较低和手段单一等的影响勘查难度较大.为了解决这些难题,提高地热能勘查效率,需要引入勘探深度大、方法手段多等特点的地球物理勘探方法.为指导地热勘探,本文按照物性测量差异分为直接测量和间接测量阐述国内外地热能勘探实例,并对主流地球物理地热能勘探特点进行了对比.认为在实际地热勘探工作中某一种物性参数并不能很好的反映地质背景及地质体的空间状态,需要将多种地球物理勘探手段融合,相互补充及验证,提高地热地球物理勘探效率.     

综合地球物理勘探在齐齐哈尔地区低温地热系统调查中的应用——以HLD1井为例

随着我国"蓝天保卫战"打响,以及快速经济社会发展对清洁能源的需求急剧增加,地热资源因资源量巨大、分布广泛、清洁、可再生、利用率较高等优点,逐渐成为人们关注的热点.本文针对齐齐哈尔龙安桥地区的地热资源开展综合地球物理调查研究,方法包括有可控源音频大地电磁测深、大地电磁测深与反射地震勘探,通过对地热能控热要素——盖层、热储层、热源与导热通道的综合分析,查明了控热要素的空间配置关系,确立了该地区地热系统的成因模式,为该区低温地热资源调查提供有益的指导.通过研究发现,盖层主要为白垩系嫩江组与明水组的泥岩层,盖层厚度大,其中以嫩江组为主的低阻盖层主体埋深范围620 ～ 1020 m;热储层主要为白垩系泉头组、青山口组和姚家组的砂岩层,热储层厚度中等,主要埋深范围1050～ 1350 m;热源——盆地下部与基底的花岗岩、花岗斑岩等酸性岩体富含放射性元素,其衰变生热,以及下部幔源热向上热传导产生的热量;导热通道为热储层内部及下部断裂构造,这些断裂为热量的传导及热液的运移提供了运输通道.最后提出了该区的低温地热系统的成因模式为"层控热盖热储-岩体放射生热与地幔热共同供热-热传导与断裂通道共同导热"的热水系统成因模式.     

缝洞型储层孔隙度指数的计算研究:基于改进前后的三孔隙度模型

缝洞型储层的孔隙度指数、饱和度等参数的计算一直是测井界亟需解决的问题,它直接关系到储层流体性质、储量规模等方面的评价,前人在这些方面已经进行了大量的研究工作,也取得了一定的研究成果和应用效果,但仍需进一步加强认识.基于前人提出的改进前后的三孔隙度模型,对比研究了缝洞型储层孔隙度指数的变化规律.研究结果表明缝洞型储层的基质孔隙度、裂缝孔隙度、非连通缝洞孔隙度及基质孔隙度指数均对复合系统孔隙度指数有着明显的影响,且各个因素对其影响的效果和程度不同.通过分析改进前后的三孔隙度模型可以看出,两种模型求取的孔隙度指数是存在着明显差异的,而孔隙度指数的变化对准确求取饱和度有着很大的影响,并且发现利用改进后的三孔隙度模型求得的孔隙度指数和饱和度更加符合实际情况.     

碳酸盐岩裂缝型储层最小二乘偏移成像方法研究

碳酸盐岩裂缝型储层是海相油气储层以及西部探区的重要储层类型之一,多表现为缝洞储集体形态,埋藏深度大,地震反射波信号复杂,波场特征分析困难,因而对其进行高分辨成像具有一定的难度.本文推导并实现了基于最小二乘理论的偏移成像(LSM)方法,并将LSM用于西部探区碳酸盐岩裂缝型储层等效地震地质模型的偏移成像工作,成像结果表明:在理论上,LSM方法能够较好地分辨出埋藏深度在3000 m以下的中深部20 m尺度碳酸盐岩裂缝型储层,在西部碳酸盐岩裂缝型储集体地震勘探中,具有较好的适应性.     

地热深井生产过程的井筒传热数值模拟

从地热储层中提取热流体的过程中,在井筒流体与周围地层之间存在着热量交换,使得热流温度发生着变化,为探究流体在生产井中的热量损失过程,本文的目的 是开发一种可靠的数值模型用以说明地热井在生产过程中的流动与换热问题,在此选取COMSOL Multiphysics建立了仿真模型,并对模拟结果进行了解析验证.井筒热量损失的表征要素除了温度以外,热损失功率也起着至关重要的作用,为了全面评价地热生产井的热能损失,故对井口水温及热损失功率两项评价指标进行研究,分析得出水的操作参数及环空热导率变化对井筒热损失的影响.研究结果表明:(1)数值模拟中应用TD代数表达式的连续形式与解析模型中应用Ramey定义的f(t)不连续函数表达式进行热流温度的求解时,对于较长的生产时间,数值解与解析解吻合良好.(2)井底水温的线性变化也将带来井口水温和井筒热损失功率的线性变化,井口水温和井筒热损失功率随井底水温的变化直线斜率随时间的增加略有减小,纵截距也略有减小,说明时间越长,井口温度升高的越慢,井筒热损失功率增大的越小,系统越趋于稳定状态.(3)增量为10 kg/s的采出流量与增量为10℃的井底水温相比,对井口水温的升高及热损失功率的减小影响程度均相应减弱,最终也将趋于稳定状态.(4)环空热导率对井口水温和井筒热损失功率的影响呈现相反的效应,即环空热导率增大井口水温降低,井筒热损失功率增大.结论 认为,综合考虑热流温度及井筒热损失功率两项指标对于高效地热能开采,提高热能利用率等方面具有重要意义,并可全面评价井筒的热量损失大小,为地热能开发提供可靠理论依据.     

含水平缝薄互层储层地震响应特征物理模拟

油气储层之中常存在沿层理发育的水平裂缝,并对储层特性有着不可忽视的影响.水平裂缝与层理平行,使得裂缝的地震响应与层理的地震响应互相混叠,给水平缝的地震识别带来了困难.本文利用地震物理模拟技术,模拟并分析了含水平裂缝的薄互层储层地震响应特征,为水平裂缝的地震识别提供依据.首先设计并制作了用于模拟含水平裂缝的薄互层储层物理模型,模型采用了在均匀地层中嵌入裂缝单元的模拟方式,水平裂缝单元采用片状孔隙材料叠合法构建,即利用粘合剂将片状孔隙材料粘合胶结,然后压实固化进而获得用于模拟野外含裂缝岩石的裂缝单元.然后将物理模型置于水槽内,模拟采集了 4条二维纵波地震测线,并对地震数据进行了处理分析.模拟数据处理分析结果显示,本研究的模拟方法可以较好地模拟水平裂缝的地震响应特征.此外,本研究还对处理结果进行了时频分解,讨论并分析了含水平缝薄互层储层地震响应频变特征.研究表明,薄互层储层中发育的水平裂缝可以明显的引起时频谱的异常,但是这种异常受到薄互层调谐效应和裂缝的双重制约.因此无论进行薄层解释还是裂缝预测时,必须综合考虑调谐效应与裂缝的双重影响.对于含水平缝薄互层储层的频变AVO(振幅随偏移距变化,Amplitude Variation with Offset)特征而言,尽管薄互层产生的频变特征起主导作用,但是裂缝的发育以及裂缝参数的变化可以引起频变AVO特征的显著变化,该结果说明了利用频变AVO 特征识别水平裂缝的可行性.     

阵列声波测井处理新技术在碳酸盐岩储层评价方面的应用

为了更深入的研究阵列声波测井资料在缝洞型碳酸盐岩储层评价中的应用,针对阵列声波中不同探测距离、不同分辨率的信息开发了三种新技术.通过对纵波进行频散分析形成了纵波频散谱的处理方法,并建立了根据频散谱的方差对碳酸盐岩储层非均质性进行评价的方法,对于井周裂缝、溶洞的识别及储层类型划分有指导意义;利用井壁斯通利波传播特性,建立了定量计算斯通利波能量衰减的方法,对于评价过井缝洞有重要作用;利用阵列声波反射波信息形成了全新的声波远探测处理方法,通过对井旁反射信息的定量表征建立了井旁缝洞发育程度的定量评价方法.阐述了这些方法的基本原理及适用条件,拓展了阵列声波测井资料在碳酸盐岩储层评价方面的应用.     

羌塘盆地托纳木—笙根地区高密度高覆盖宽线采集试验

由于地质构造复杂,表层结构变化剧烈,羌塘盆地一直未能获得令人满意的高信噪比二维地震资料.因此,采用可控震源和井炮激发在北羌塘凹陷与中央隆起带之间的托纳木—笙根地区开展了420 km的高密度高覆盖宽线地震采集试验.可控震源激发参数:振动台次3台1次、扫描频率6~84 Hz、驱动幅度70%、扫描长度18 s.井炮激发参数:单井高速层下7 m激发,最浅井深18 m,药量18 kg;组合方式激发为2口井×15 m×12 kg或3口井×12 m×8 kg.2串检波器沿测线线性图形为最佳接收因素.井炮激发的覆盖次数介于360~960次之间,观测系统为4L3S、3L3S和2S3L;可控震源激发的覆盖次数介于960~1920次之间,观测系统为4L3S、3L3S和2S3L;炮间距介于30~120 m之间.试验结果:(1)采用井炮和可控震源激发的"高密度-高覆盖-宽线"采集技术,首次在羌塘盆地托纳木—笙根地区获得了一批质量优良的、可用于地质构造解释的地震剖面;(2)尽管可控震源单炮记录无法与井炮相比,但其高密度高覆盖采集技术能获得质量优于或等同于井炮的地震资料;(3)羌塘盆地托纳木—笙根地区适合于采用可控震源和井炮联合的宽线采集方案,可控震源覆盖次数1000次左右,井炮覆盖次数360次左右,观测系统3S3L或者2S3L即可.     

基于地质因素约束的水淹层测井评价方法——以中亚地区孔隙型碳酸盐岩油藏M为例

开展水淹层评价是实现M油藏增储上产的重要基础.然而,M油藏研究区套管测井和生产测井资料缺失.以含水率作为水淹特征的指标,综合开发地质特征和生产数据,统计表明:研究区水淹层分布与地层构造、沉积相、物性、重力和开发井网有关.为了实现水淹影响因素与测井评价资料的结合,提出基于地质因素约束的测井水淹层评价方法.方法以注采井组为单元,采用表征注采井间地质特征差异的参数(如地层构造差、产层渗透率差、井距和注见水时间差)和测井解释参数(如饱和度),通过数据统计分析,建立地质因素控制的水驱前缘到达时间、水淹层含水率变化速率的预测模型,实现现今水淹层及剩余油分布预测和解释.预测结果得到实际生产数据和油藏数值模拟结果的检验,显示本文提出的水淹层评价方法具有可行性,为水淹层研究提供了一定借鉴和参考.